黄土高原退耕还林(草)紧迫性地域分级论证

退耕还林还草是治理黄土高原水土流失的有效措施。科学分析现有土地及其利用结构是退耕还林还草战略实施的重要保证。论文应用科学抽样数据资料,分析了黄土高原地区土地、耕地的坡度构成及其土地垦殖率等的区域差异特征,提出了黄土高原地区退耕还林(草)紧迫性地域分级。其结果可以为根据有限的资金,分区分批进行退耕,最大限度地保证粮食安全,并实现区域生态重建,为合理实施退耕提供科学依据。     

基于RS和GIS的陕西省洛川县土地利用类型和植被覆盖变化特征

明确土地利用类型转变和植被覆盖度变化的范围、幅度和归因是评估生态工程环境效应的前提。然而,在黄土高原塬区县域尺度类似的研究鲜有报道。基于长时间序列NDVI数据和Landsat系列卫星数据,探究了黄土高原洛川县土地利用和植被覆盖度的变化状况。结果表明：退耕还林（草）工程实施以来,洛川县植被覆盖度从0.6（2000年）增至0.9（2020年）,耕地面积减少了481.8 km²,其中212.8 km²为坡度＜15°的适耕区转为苹果园,耕地改种苹果后植被覆盖度从0.5增至0.8。由于坡耕地还林草的面积在洛川县土地变化总面积中仅占1.5%,远小于其他地类改种苹果的面积（占20.0%）,因此,洛川县植被覆盖度的提升主要是政府大力推广苹果树种植的结果。本研究可为黄土高原经济林建设提供基础数据和科学参考。     

黄土坡耕地退耕还林后土壤性质变化研究

退耕还林是治理黄土高原水土流失的根本措施。论文以退耕历史较长的黄土丘陵沟壑区安塞县为例,选取不同类型植被恢复和不同恢复年限的退耕样区,探讨了退耕还林还草对土壤理化性质的影响。结果表明,坡耕地退耕后,遭侵蚀破坏的土体构型渐趋恢复,土壤容重、pH值减小,毛管孔隙度、饱和含水量等增大;土壤有机质增加了2.75倍,碳增加了27.29%,氮增加了46.79%;而且,土壤速效养分增加的速度大于土壤全量元素增加的速度。土壤质量恢复效益最大的是刺槐林地,其次是柠条灌木地,最小的是撂荒地。混交林土壤全氮含量最高,柠条最利于铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的积累。不同类型植被,土壤速效养分的差异比土壤全量元素间的差异明显。随恢复时间的增加,土壤结构不断得到改善,土壤有机质、全碳、全氮以及主要离子含量呈明显增加趋势,土壤速效养分增加更明显。土壤有机质在植被恢复5年以上开始明显增加,土壤碳、氮和速效养分则在10年以后增加明显。     

黄土高原退耕还林（草）前后土壤有机碳密度变化及其对气候变化和人类活动的响应

准确评估黄土高原地区退耕还林前后土壤有机碳储量（SOCS）的变化,探究其时空分布及影响因素之间的关系,对区域循环发展以及生态保护政策的制定具有重要的参考意义.基于黄土高原退耕还林（草）前后（2001~2020年）的气候、人类活动及土壤表层（0~20 cm）和深层（0~100 cm）有机碳密度数据,采用变化趋势分析、克里格差值、方差分解分析等方法,从不同时空尺度上研究了土壤有机碳密度（SOCD）的变化特征及对气候和人为因素变化的相对响应.结果表明：①退耕还林前后全区域表层SOCS增加了833.87万t;深层SOCS增加了1 160.02万t. ②各生物气候分区中,Ⅰ（半湿润森林区）、 Ⅱ（半湿润半干旱林草区）和Ⅲ（半干旱典型草地区）全域平均SOCD呈显著增加,而在Ⅳ（干旱半干旱荒漠草地区）和Ⅴ（干旱荒漠区）中降低. ③不同生态系统平均表层SOCS增量排序为：耕地 >草地 >林地 >灌木 >裸地及稀疏植被;深层土壤增量排序为：草地 >耕地 >林地 >灌木 >裸地及稀疏植被. ④气候因子始终是SOCD变化最重要的驱动因素;年均温和降水量与SOCD变化呈显著正相关.研究结果可为区域生态管理和土地利用政策制定提供数据支撑,以促进黄土高原地区生态环境高质量发展.     

1982—2021年黄河流域植被覆盖时空演变及影响因素研究

通过科学认识黄河植被覆盖的空间格局、时间规律,揭示气候变化与人类活动对植被覆盖率空间演化的影响与机理,对于提出科学的生态防护方法、进行生态安全评价,以及推进黄河战略有着重大的理论意义与应用意义。本文以1982—2015年GIMMS NDVI和2000—2021年MODIS NDVI为主要数据源,通过最大值合成法、平均值法、Theil-Sen Median和Mann-Kendall等方法分析了黄河流域1982—2021年植被覆盖空间格局、月际和年际变化规律。结合同时段的年平均气温和年降水量,采用二元线性回归分析和残差分析等方法,探讨了黄河流域植被覆盖的主要影响因素。根据时空变化分析,1982—2021年黄河流域多年NDVI均值变化趋势由西北向东南依次增加,年际变化呈现波动增长趋势,增长速率为0.019 ? (10a)^?1,月际变化呈现先增后减的单峰曲线状分布,8月(0.50)为峰值。根据变化趋势分析,1982—2021年黄河流域77.35%的区域植被覆盖呈增加趋势。根据影响因素分析,黄河流域植被覆盖以气候变化和人类活动共同作用为主要影响因素,其中受人类活动促进作用较...     

2000~2014年黄土高原植被覆盖时空变化特征及其归因

基于MODIS-NDVI数据,辅以一元线性回归分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,分析了2000~2014年黄土高原植被覆盖时空演变特征及其驱动因素.研究表明:近15年黄土高原NDVI呈显著增加趋势,增速为6.93%/10a(P<0.01);空间上,植被归一化指数,或归一化值被指数Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)呈由东南向西北递减的分布格局,高值区主要分布在东南部的土石山区、河谷平原区;同时,500m以下和3500米左右的NDVI值最高;在趋势上,NDVI呈现增加和减小趋势的面积比重分别为88.24%和11.76%;Hurst指数表明研究区未来NDVI变化趋势呈持续性和反持续的比重分别为50.07%和49.93%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占43.98%和44.28%;降水是影响NDVI变化的主要驱动因子,表现为NDVI随降水的增加而增加;人类活动也是影响NDVI的重要因素,且对NDVI有双重影响.     

晋西南黄土高原区植被覆盖度变化及其生态效应评估

水土流失和生态退化是黄土高原区面临的严峻问题,已经严重制约了经济发展。基于TM和OLI数据,分别估算晋西南黄土高原区的植被覆盖度（FVC）和遥感生态指数（RSEI）,定量分析了晋西南黄土高原区的植被和生态恢复效果,并提出需要重点治理的区域。研究结果表明：（1）15年间晋西南黄土高原区的植被覆盖度和遥感生态指数都呈现增加的趋势,FVC指数从2002年的42.69%增加至2017年的47.67%,RSEI指数由2002年的45%增加至2017年的52.5%,反映出研究区生态质量有了明显提高;（2）除研究区内芝河流域、汾河谷地和沁河流域的生态质量出现严重退化外,研究区大部分区域的FVC指数和RSEI指数都呈改善趋势,因此需对芝河流域、汾河谷地和沁河流域加大生态治理力度;（3）除研究区汾河谷地外,其余地区植被覆盖度和遥感生态指数的变化趋势基本吻合,汾河谷地由于冬小麦大面积种植,植被覆盖度得到一定程度改善,但遥感生态指数并没有明显改善。     

黄土高原生态系统过渡带土地覆盖的时空变化分析

在全球气候变化及其生态环境效应研究中,生态系统过渡带作为气候变化和人类活动的敏感区域,其土地覆盖的时空变化分析逐渐成为土地利用科学研究的热点问题。基于GIS的时空分析方法,在对Holdridge生命地带模型的判别标准进行改进的基础上,构建了生态系统过渡带的时空分析模型。在建立土地覆盖正向和逆向转换规则的基础上,构建了土地覆盖正向和逆向转换指数模型。并以黄土高原为案例区,在定量识别生态系统过渡带类型及其空间格局的基础上,定量评价了各种生态系统过渡带类型土地覆盖的转换情况。模拟分析结果表明,黄土高原地区共有14种生态系统过渡带类型,其总面积占整个黄土高原的25.21%。在1985-2005年期间,黄土高原生态系统过渡带内的耕地面积平均每10 a减少0.93%,而湿地和水体、林地、草地的面积则平均每10 a分别增加3.47%、0.24%、0.06%。整个过渡带区域土地覆盖的转换率从28.53%降低到21.91%,且其正向转换和逆向转换面积总体上均呈减少的趋势。另外,黄土高原生态系统过渡带区域和非过渡带区域的土地覆盖转换率对比分析显示,过渡带区域土地覆盖的转换率高于非过渡带区域。     

基于MODIS数据的若尔盖草场植被覆盖时空变化分析

一般意义上将反映植被生长状态及植被覆盖度的指示因子称为归一化植被指数(即NDVI),它也是判断基于生物气候特征开展大区域植被和土地覆盖分类的基本手段。利用NDVI的时序数据的进行土地覆盖分类,即提取NDVI时间信号所包含的植被生物学参数,构建起一个包含植被生物学信息的分类特征空间。     

退耕还林工程对黄土高原土地利用/覆被变化的影响——以陕西省安塞县为例

退耕还林工程(Sloping land conversion program, SLCP)可快速改变土地利用/覆被格局。论文以黄土高原典型沟壑区--陕西省安塞县为例,利用MSS/TM/ETM+卫星遥感影像,获取研究区6个时期土地利用/覆被的时空信息,通过统计模型,定量分析了研究区SLCP对土地利用/覆被格局的影响。草地、耕地及林地为研究区三大主要土地利用/覆被类型,研究区土地利用/覆被变化整体处于不平衡态势;整个研究时段内,耕地先增后减,整体减少38.4%;林地先减后增,整体增加4.36%;灌木林地和草地减少,而未成林造林地快速增加;SLCP显著加强了耕地的递减趋势,并大幅增加了未成林造林地面积,至2010年未成林造林地面积显著大于天然林地的面积。这些变化可能具有降低土壤侵蚀与产流量、改善土壤结构、增加土壤碳吸收等效应;SLCP能提高农民收入,且大部分农民支持SLCP;但其负面效应亦不可忽视。研究将有助于对SLCP效应的全面理解,并可为该区生态恢复工程的规划与决策及生态环境保护提供参考。     

生态退耕前后张家口市耕地变化及影响因素识别

耕地变化与相关土地政策密切相关,为揭示生态退耕政策实施前后,耕地变化特征及其影响因素的差异性,该研究以北方农牧交错区——张家口市为例,分析了生态退耕前后（1989—2000年和2000—2015年）耕地变化特征。在此基础上,应用多项Logistic回归模型研究了耕地变化的影响因素。研究结果表明：1）耕地面积由1989年的1 090 031.02 hm²减少到2015年的924 647.32 hm²,持续减少了15.17%,特别是生态退耕后,耕地减少速度加快;但耕地仍然集中分布在张北县、康保县、沽源县。2）生态退耕前后,耕地转出与转入并存。与生态退耕前相比,生态退耕后耕地转换变化总面积增加121 695.72 hm²,其中转出面积增加占88.72%;耕地主要转换去向由草地（17 063.59 hm²）、建设用地（9 007.00 hm²）、林地（8 932.72 hm²）和园地（5 981.19 hm²）,变为林地（51 902.41 hm²）、园地（40 311.23 hm²）、草地（32 292.66 hm²）和建设用地（23 152.11 hm²）。3）生态退耕前后,耕地转换变化的影响因素不同。退耕前,海拔和坡度分别是耕地转为园地、林地和转为草地、建设用地的主导因素;退耕后,耕地转化的影响因素多样化,海拔仍是耕地向园地转换的主导影响因素,人均GDP变化和到最近道路距离分别成为耕地转为林地、草地和转为建设用地的首要因素。基本农田保护区和自然保护区对耕地转为园地、林地和草地也起着重要作用。研究结果能为张家口市耕地保护、生态环境保护及经济社会协调发展提供科学依据。     

高通量测序分析黄土高原退耕还林区土壤细菌群落特征

为分析不同植被恢复模式下土壤细菌群落特征,探讨微生物在植被恢复过程中对黄土高原退耕还林区土壤生态系统的作用,采用高通量测序技术,以山西吉县典型森林生态系统人工林（人工刺槐林、人工油松林）、天然次生林和荒草地为研究对象,分析其土壤细菌α多样性、群落结构特征、功能预测以及土壤环境因子与细菌群落的相关性.结果表明,各恢复模式共得到25门、66纲、129类、240科、392属、760种和2213 OTUs;细菌群落的丰富度存在显著差异,均表现为草地 > 天然次生林 > 人工刺槐林 > 人工油松林.在门分类水平上,天然次生林和草地与人工林之间群落的相对丰度变化存在差异性,但差异性不显著.α-Proteobacteria、β-Proteobacteria和δ-Proteobacteria在天然次生林土壤中的相对丰度要高于其他4种恢复模式,而在草地中的相对丰度最低.在土壤环境因子中TN和pH对土壤细菌群落的影响较大,优势细菌门类与TN和pH具有显著相关性,其中TN与Actinobacteria （放线菌门）呈显著正相关,pH与Proteobacteria （变形菌门）呈显著正相关,与Actinobacteria （放线菌门）呈显著负相关,而Acidobacteria （酸杆菌门）与TN和pH均呈显著负相关关系.土壤细菌群落主要涉及细胞运动,信号转导机制,氨基酸转运和代谢、辅酶的运输和代谢等24个二级功能,均表现出功能上的丰富性.本研究结果可为黄土高原退耕还林区植被恢复的效益评价提供良好的数据基础,并为人工林的合理经营提供科学依据.     

黄土高原近30年植被变化特征及其气候驱动

The use of Normalized difference vegetation index (NDVI) data acquired with multiple satellite sensors has become a necessity in research fields such as agriculture, Land-Use and Land-Cover Change (LUCC) and changes in the natural environment. In this paper, vegetation 10-day composite (VGT-S10) NDVI data with a 1 km×1 km resolution, covering the period from April 1982 to December 2011 and Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) Global Inventory Modelling and Mapping Studies (GIMMS) NDVI data with a 8 km×8 km resolution, covering the period from April 1998 to December 2006 were used. The VGT NDVI covering the period from 2007 to 2011 was converted to the GIMMS NDVI for the same period. The vegetation trend during 1982 to 2011 was calculated using the extended NDVI data set. Climate change has a large impact on the vegetation dynamics. A series of statistical analyses were employed to demonstrate the relationship between NDVI and meteorological data during 1982 to 2005. A multiple correlation analysis was applied to validate the association between the two climatic factors and monthly maximum NDVI (MNDVI). The partial correlation coefficient of MNDVI and each climate factor were calculated respectively to describe the singular influence of each meteorological variable. The results indicated that temperature made a significant positive influence on vegetation growth in the whole Loess Plateau. Precipitation is the most important climatic factor that closely correlates with MNDVI, particularly in arid and semi-arid environments. However, in some wet regions, precipitation is not a limiting factor on vegetation growth.     

黄土高原草地植被与土壤固碳量研究

在黄土高原自东南向西北,采用样带多点调查与定位监测相结合的研究方法,系统分析了不同草地类型封禁初期和封禁11 a草地生物量与固碳量变化特征。结果表明:4种草地类型地上活体植物、凋落物/地下活体根系和土壤中碳密度与碳储量分布规律均为森林草原＞梁塬典型草原＞丘陵典型草原＞荒漠草原;草地封禁11 a,地上活体植物、凋落物、0~100 cm活体根系和土壤中碳密度总量,森林草原类型为63.38~97.65 t·hm^-2,梁塬典型草原类型为49.04~68.80 t·hm^-2,丘陵典型草原类型为52.33~62.11 t·hm^-2,荒漠草原类型为11.93~19.62 t·hm^-2;碳储量4种草地类型分别为230.287 7 Tg C、332.306 7 Tg C、484.055 5 Tg C和113.856 3 Tg C;黄土高原草地总固碳量为573.10 Tg C,其中:活体植物为42.89 Tg C,占总固碳量的7.48%;凋落物为80.40 Tg C,占14.03%;活体根系为108.66 Tg C,占18.96%;土壤为341.15 Tg C,占59.53%。这充分表明,封禁不仅能使草地植被快速恢复和生物量增加,而且也是提高草地固碳潜力的一条重要途径。     

黄土高原植被数量区划研究

采用GIS技术与数量生态分析技术(TWINSPAN)相结合的方法,对黄土高原植被进行数量区划。植被数量区划的结果表明:黄土高原可划分为4个植被区,包括5个植被亚区,与黄土高原植被DCA、CCA、DCCA排序的结果相吻合。     

植被恢复工程对黄河中游土地利用/覆被变化的影响

剧烈的人类活动可快速地改变土地利用/覆被变化（LUCC）格局,并对地表参量和水文要素产生深刻的影响。论文以退耕还林/还草生态工程（Grain for Green Project, GGP）的重点区黄河中游为例,利用5期土地利用数据,定量分析了区域LUCC的过程与趋势,并探讨了GGP对下垫面地表参量及水文要素的影响。结果表明：1）GGP并未显著地改变研究区土地利用空间分布格局,但改变了各土地类型的转换速度和平衡状态。GGP实施前各类型间相互转换频繁,处于动态平衡态势,而 GGP实施后以土地类型单向转换为主,处于不平衡态势,以耕地单向转为林草地为主。2）不同子流域间LUCC存在差异。GGP前汾河流域变化速度较其他区域快,呈准平衡状态;工程实施后的前期,河龙区间与渭河流域的净变化率以及总变化率较快,而后期差异不显著,呈不平衡状态。3）GGP显著地改变了下垫面地表参量和水文要素。GGP的实施使得NDVI、LAI和发射率显著增加,而反照率显著下降,以河龙区间尤为显著;径流系数显著下降,而蒸散发系数显著增加,尤以河龙区间表现显著。     

退耕还林工程对四川盆周低山丘陵区生态系统服务价值的影响——以洪雅县为例

退耕还林工程是我国实施的重点林业生态工程。以四川盆周低山丘陵区退耕还林工程重点示范县洪雅县为研究对象,基于遥感和地理信息系统技术,参照中国陆地生态系统单位面积生态系统服务价值当量表,结合研究区粮食平均产量和收购价格,分析了退耕还林前(1994-1999年)、后(1999-2007年)的生态系统服务价值变化,探讨了退耕还林工程对生态系统服务价值的影响。结果表明:退耕还林工程在一定程度上使土地利用程度呈减弱趋势,土地利用处于衰退阶段;退耕前,生态系统服务价值变化不明显;退耕后,生态系统服务价值发生显著变化,总生态系统服务价值增加2.90×10⁸元,可能是由于退耕还林使耕地生态系统服务价值降低,林地生态系统服务价值增加;各项生态功能服务价值中,食物生产功能价值下降,其它各项功能价值上升,以水源涵养功能上升最大,水源涵养价值增加0.78×10⁸元;敏感性分析表明,研究区生态系统服务价值对生态系统服务价值系数变化缺乏弹性,研究结果具有稳定性。     

1961-2009年黄土高原气象要素的时空变化分析

基于48个气象站点1961-2009年的监测数据,使用反距离权重插值法和Mann-Kendall法,分析了黄土高原气象要素的空间分布和时间变化特征.结果表明,各气象要素在黄土高原都呈梯度分布,沿东南-西北方向降水和平均温度递减而平均风速和日照时数递增,沿南北方向相对湿度降低而参考作物蒸散增加.各气象要素在各站点基本都具有单调趋势,但趋势显著的站点数存在变异.约98%的站点温度的上升趋势显著,约60%的站点日照时数和风速的下降趋势及参考作物蒸散的上升趋势具有显著性,约40%的站点相对湿度的下降趋势显著,约30%的站点的降水具有显著的下降趋势.各气象变量都存在一定的年代际变化,相对湿度在2004年以来显著降低,降水的显著减少、 年均温度和参考作物蒸散的显著上升都在20世纪90年代初以来,而日照时数和平均风速的显著下降都发生在20世纪80年代初以来.黄土高原的气候可能出现了一些新趋势,给未来可持续发展带来了不确定性,需引起足够重视.